基于高阶滤波的肌电信号采集电路设计

针对表面肌电信号(sEMG)信号微弱、频率低、极易受到干扰的特点,设计了具有高共模抑制比、放大增益灵活可调、具有良好抗噪声性能的sEMG信号采集电路.信号的放大部分采用两级放大方案,以避免噪声被过分放大造成肌电信号被淹没的问题.带通滤波器部分由两组5阶Sallen-Key低通和高通滤波电路级联而成,阻带下降速度很快,近似达到-100 dB/(°),对噪声及其他生理电信号干扰的衰减能力极强.针对工频干扰问题,在陷波器部分设置Q值调节电位器,根据实测情况灵活调节电位器旋钮以便获取最佳采集效果.测试结果表明,所设计的电路放大增益可以达到60 dB,对50 Hz工频干扰有很好的抑制作用,可以有效提取20 Hz～500 Hz之间的有用信号,具有良好的抗噪声性能.     

脉搏信号调理电路设计

脉搏作为人体重要的生理及病理指标之一,具有重要的医学研究价值。针对其信号微弱、频率低且易受干扰的特点,提出了信号调理电路设计的要求;针对性地选择元器件并设计硬件电路,其中包括:一级放大电路、调零电路、50Hz限波电路、带通滤波电路及二级放大电路;最后对所设计的硬件电路进行实际测试。测试结果表明,该调理电路具有输出波形稳定、噪声小和共模抑制比高的特点,提高了脉搏信号采集的精度。     

滤除SEMG工频干扰的数字陷波器设计

50 Hz工频干扰是表面肌电信号（SEMG）的主要干扰源之一,消除工频干扰是表面肌电信号处理中的一项重要技术。鉴于原有模拟信号调理电路在工频消噪这一环节上的不足,设计了一种50 Hz数字陷波器用以消噪,减小干扰。实验证明,采用基于窗函数法的FIR原理设计的50 Hz数字陷波器能有效滤除SEMG中的工频干扰并基本不影响50 Hz周围有效SEMG的获取。     

新一代地铁远程通信ATS系统设计与实现

从地铁车辆安全的角度出发,对地铁车辆远程信号的采集方式、处理方式、控制方式、存储方式等方面进行优化设计,设计并实现了更为先进的地铁远程信号采集处理及自动监控系统(ATS系统),根据地铁车辆专属信号特性对信号采集电路与前置放大电路进行了从新设计,增强了信号的稳定性,设计并改进了轨道50 Hz相敏信号的滤波电路,增强了信号的抗干扰能力,设计了光电隔离电路对采集信号进行隔离,一方面保证了单片机免受外部电源的干扰,另一方面也增强了信号的远距离传输能力,并设计了系统相关模块的接口电路,这些改进电路对于提高地铁车辆的安全可靠运行起到了积极的作用.     

胎心音检测系统中滤波电路的设计

胎心音检测在胎儿监护中占有极其重要的地位。胎心音的主要频率范围集中在60~180Hz,因此在对信号进行A/D采样之前,应先设计滤波电路,滤除50Hz工频的谐波分量以及母体噪音。滤波电路采用OPA2277双运放芯片,设计具有正反馈的双T型陷波器滤除工频谐波,利用巴特沃斯滤波原理设计高通滤波器和低通滤波器滤除母体噪音。通过Mu ltisim软件对所设计的陷波电路和滤波电路进行频响特性仿真,得到的频响特性曲线表明:所设计电路可成功滤掉工频干扰和母体噪音干扰。     

微弱信号检测的前置放大电路设计

针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求,论文设计了以电流电压转换器,仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路.结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离,提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项.本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202设计了微弱信号检测前置放大电路,并利用微弱低额信号进行了测试,得到了理想的效果.     

脑电图机放大电路的设计与仿真

在现有生物电放大器研究的基础上,改进并设计了一种符合脑电信号特征的新型高性能放大电路,避免了传统生物电放大电路冗繁的模拟滤波环节.设计中利用TI公司的低功耗仪表放大器INA326,得到了较高的共模抑制比;进而通过50Hz陷波器和低通滤波器,有效地消除了脑电信号强大背景噪声的干扰,实现了微弱脑电信号的放大和采集;最后利用TINA仿真软件对该前置放大电路和50Hz陷波器进行了设计的仿真验证.结果表明,放大电路具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、非线性度小、抗干扰能力强的特点,具有较强的实用性.     

一种应用于谐振式微型光学陀螺的高频锁相放大器的设计

谐振式微型光学陀螺(R-MOG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件.在R-MOG系统中,信号处理具有非常重要的地位.根据R-MOG系统中,集成光学环形谐振腔的谱线宽度高达几十MHz以及R-MOG输出信号具有弱信号、大噪声特点,设计了一种用于提取被噪声淹没的微弱信号的高频锁相放大器.在对高频锁相放大器各部分电路进行具体设计和分析的基础上,完成了对整体电路的性能测试.测试结果表明,研制的锁相放大器在载波频率为30MHz时的等效输入噪声为11nV/Hz.将整个电路应用于R-MOG系统中,解调出的信号效果良好.     

智能化高精度脉宽数字滤波电路的设计

在信号的传输过程中,噪音信号不可避免地会干扰正常信号.如何对混合信号进行信噪分离,是目前业界普遍关注和研究的问题.针对高频方波信号的信噪分离问题,提出了智能化脉宽数字滤波的技术方案,并设计了一种实用的脉宽数字滤波电路,消除了测量信号中的尖峰干扰成分.实践证明：该电路能有效地实现高频方波信号与尖峰脉冲干扰信号的信噪分离.     

基于FPGA的静电支承系统数字控制电路设计

设计了一种基于FPGA的静电支承系统数字控制电路,利用FPGA并行运算的优势提高运算速度和实时性。分析了A/D和D/A转换器分辨率对测控精度及量化噪声的影响,在此基础上选用了高精度A/D和D/A转换器以提高测控精度,降低量化噪声对检测信号的干扰。测试电路对直流和交流输入信号的响应,并用最小二乘法对误差进行校正和补偿,结果表明：电路对直流信号的测量误差在1mV以内;对频率1-500Hz范围内的交流信号幅值衰减最大为-0.092dB,相位滞后最大为-7°。     

基于MSP430的肌电假手系统设计

在对人体表面肌电信号研究的基础上,设计出一种肌电假手系统,其中包括肌电信号采集调理系统和假手控制系统。肌电信号经信号调理电路放大、滤波、陷波后,由低功耗的MSP430F149单片机进行A/D转换、特征计算。单片机结合肌电信号与触滑觉传感器反馈的信息来控制电机转向与转速,从而控制假手做出相应动作。通过实际采集的肌电信号在示波器上显示的波形与假手的动作进行对比,说明系统设计是合理有效的。     

基于SOPC的复合式生理信号检测系统设计

设计完成了一种多生物电信号采集能力并能完成生物电信号模式识别和辅助诊断的复合式生物电信号检测系统。系统通过具备双通道的低噪声高共模抑制比的前置采集放大电路,可实现心电信号和表面肌电信号两种体表生物电信号的检测。通过FPGA硬件化实现的小波分解模块和在NiosⅡ软核中实现的FFT和BP神经网络算法,可以完成对采集到的心电信号心率监测、QRS波群的检测和ST段形态识别反馈监护者的健康信息;并通过提取表面肌电信号活跃段数据和时频域参数为运动性肌肉疲劳评估提供参考。系统通过LCD屏、音频输出和SD卡存储能够完成对信号实时波形和监护参数显示、报警输出和长时间监护数据的存储。     

Hand movement recognition based on biosignal analysis

This paper proposes a methodology that analyses and classifies the electromyographic (EMG) signals using neural networks to control multifunction prostheses. The control of these prostheses can be made using myoelectric signals taken from surface electrodes. Finger motions discrimination is the key problem in this study. Thus the emphasis, in the proposed work, is put on myoelectric signal processing approaches. The EMG signals classification system was established using the linear neural network. The experimental results show a promising performance in classification of motions based on biosignal patterns.     

Classification of surface EMG signal using relative wavelet packet energy

Features can be classified into interferential features and discriminable features according to their contribution to pattern recognition. In this paper, a novel and simple method based on wavelet packet transform is proposed to extract the features from surface EMG signal. In this method, the features are relative wavelet packet energy (RWPE), which is evaluated from several selected frequency bands of surface EMG signal. Compared with a conventional method, which is of the best performance in previous applications, the method can compress the interferential features and enhance the discriminable features more effectively. In consequence, the RWPE features calculated by the method represent different patterns of surface EMG signal more accurately and the accuracy of surface EMG signal pattern classification is improved greatly.     

下肢表面肌电信号的降维和映射分析

肌电信号的采集和分析是外骨骼式康复机器人关节预测控制的重要基础之一.肌电信号数据量大并且复杂,相关性较高,信号处理通用性和高效性低,分析和预测人体运动信息误差大.采用最大自主等长收缩标准化处理算法,大大提高了表面肌电信号的通用性和泛化能力,并基于主成分分析方法,对肌电信号降维处理,利用神经网络实现与下肢的映射分析.实验结果表明,通过对比分析不同的降维处理方式,主成分降维后处理的肌电信号平均相关性达0.93,利用神经网络预测人体正常行走的下肢三关节运动角度,具有良好的可重复性和较高的精度,可以实现人体下肢肌电信号和各关节的映射控制.     

基于PVDF压电薄膜灵巧手触觉传感器的研究

研制一种可以感知触滑觉的传感器,该传感器由PVDF薄膜制作,因其柔顺的表面及小巧的尺寸使之能粘贴在手指上.信号处理电路对薄膜产生的微弱电荷信号进行转换、滤波、放大.软件程序采集并分离触滑觉信号,根据特征值的大小判断是否输出相应的感觉信息.     

FBAR传感器信号检测与处理电路研究

设计并制作了薄膜体声波谐振器(FBAR)的生化传感器信号检测与处理电路,该电路采用混频器,把高频信号混频到低频信号,降低了信号的处理难度,并以Cyclone FPGA为核心控制器,完成对采样数据的处理和存储,并实现了实时传输等功能。利用该电路对双工器进行了初步测试,结果表明,谐振频率与网络分析仪所测结果一致。     

一种新型柔性触觉阵列传感器信号处理电路设计

依据一种利用压阻特性的3×3点阵的柔性触觉传感器,设计了针对这种新型柔性触觉传感器的信号处理电路。该电路能完成信号放大、阵列信号的选通、A／D转换以及通过LED电路对其信号的采集。并详细地阐述了电路的原理和所用芯片的功能。所设计的信号处理电路能够判断出这种触觉传感器单元所受三维加载力的大小和位置。通过在正向压力的加载试验,验证了电路的可行性。     

脑电神经信号处理及传输系统的研究

以TMS320VC5420 DSP为核心,设计了脑电神经信号处理及传输系统。包括信号处理电路、神经刺激信号产生电路及USB传输电路。以大白鼠为试验对象验证了方案的可行性。     

基于表面肌电信号小波包熵的情感识别

情感识别是情感计算的一个关键问题。针对表面肌电信号（EMG）的非平稳性,根据小波包变换在不同时频段均能精确的刻画信号,并提供丰富模式信息的特点,提出利用小波包熵方法对不同情感状态下的表面肌电信号进行分析。实验表明,该方法对情感的唤醒度识别效果较好。